A quantidade de oxigénio na atmosfera da Terra torna-a um planeta habitável. 21% da atmosfera consiste neste elemento. Mas no passado remoto – já no período Neoarqueano, há entre 2,8 a 2,5 mil milhões de anos – este oxigénio estava quase ausente.
Então, como é que a atmosfera da Terra se tornou oxigenada?
Um nova pesquisa publicada na Nature Geoscience, acrescenta uma nova possibilidade tentadora: que pelo menos parte do oxigénio inicial da Terra veio de uma fonte tectónica por meio do movimento e destruição da crosta terrestre.
A Terra Arqueana
O éon arqueano representa um terço da história do nosso planeta, entre há 2,5 mil milhões de anos a quatro mil milhões de anos.
Esta Terra alienígena era um mundo aquático, coberto por oceanos verdes, envolto numa névoa de metano e completamente sem vida multicelular. Outro aspeto estranho deste mundo era a natureza da sua atividade tectónica.
Na Terra moderna, a atividade tectónica dominante é chamada de placas tectónicas, onde a crosta oceânica – a camada mais externa da Terra sob os oceanos – afunda no manto da Terra (a área entre a crosta terrestre e o seu núcleo) em pontos de convergência chamados zonas de subducção. No entanto, há um debate considerável sobre se as placas tectónicas operavam na era arqueana.
Uma característica das zonas de subducção modernas é a sua associação com magmas oxidados. Estes magmas são formados quando sedimentos oxidados e águas profundas – água fria e densa perto do fundo do oceano – são introduzidos no manto da Terra. Isso produz magmas com alto teor de oxigénio e água.
A pesquisa teve como objetivo testar se a ausência de materiais oxidados nas águas e sedimentos arqueanos de fundo poderia impedir a formação de magmas oxidados. A identificação de tais magmas em rochas magmáticas neoarqueanas poderia dar evidências de que a subducção e as placas tectónicas já existiam há 2,7 mil milhões de anos.
A experiência
Foram recolhidas amostras de rochas granitóides com entre 2750 e 2670 milhões de anos em toda a subprovíncia de Abitibi-Wawa da Província Superior – o maior continente arqueano preservado que se estende por mais de 2000 km de Winnipeg até o extremo leste de Quebec. Isso permitiu investigar o nível de oxidação dos magmas gerados ao longo da era Neoarqueana.
Medir o estado de oxidação dessas rochas magmáticas – formadas por meio do arrefecimento e cristalização de magma ou lava – é um desafio. Eventos pós-cristalização podem ter modificado essas rochas através de deformação posterior, soterramento ou aquecimento.
Então, decidimos olhar para o mineral apatita que está presente nos cristais de zirconita dessas rochas. Os cristais de zirconita podem suportar as intensas temperaturas e pressões dos eventos pós-cristalização. Eles retêm pistas sobre os ambientes em que foram originalmente formados e fornecem idades precisas para as próprias rochas.
Pequenos cristais de apatita com menos de 30 mícrons de largura – o tamanho de uma célula da pele humana – estão presos nos cristais de zirconita e contêm enxofre. Ao medir a quantidade de enxofre na apatita, podemos estabelecer se a apatita cresceu a partir de um magma oxidado.
Os cientistas conseguiram medir com sucesso a fugacidade de oxigénio do magma Arqueano original – que é essencialmente a quantidade de oxigénio livre nele – usando uma técnica especializada chamada Espectroscopia de Estrutura de Borda Próxima de Absorção de Raios-X (S-XANES) no Síncrotron Avançado da Fonte de Fótons no Argonne National Laboratory no Illinois.
Criar oxigénio a partir da água?
A equipa descobriu que o teor de enxofre do magma, que inicialmente rondava zero, aumentou para 2000 partes por milhão à volta de há 2705 milhões de anos. Isso indicou que os magmas se tornaram mais ricos em enxofre.
Além disso, a predominância de S6+ – um tipo de íon de enxofre – na apatita sugeriu que o enxofre era de uma fonte oxidada, combinando com os dados dos cristais de zirconita hospedeiros.
Estas novas descobertas indicam que os magmas oxidados se formaram na era neoarqueana, há 2,7 mil milhões de anos. Os dados mostram que a falta de oxigénio dissolvido nos reservatórios oceânicos arqueanos não impediu a formação de magmas oxidados ricos em enxofre nas zonas de subducção. O oxigénio nesses magmas deve ter vindo de outra fonte e foi finalmente libertado na atmosfera durante as erupções vulcânicas.
A ocorrência destes magmas oxidados correlaciona-se com os principais eventos de mineralização de ouro na Província Superior e no Yilgarn Craton (Austrália Ocidental), demonstrando uma conexão entre essas fontes ricas em oxigénio e a formação global de depósitos de minério de classe mundial.
As implicações desses magmas oxidados vão além da compreensão da geodinâmica da Terra primitiva. Anteriormente, pensava-se improvável que os magmas arqueanos pudessem ser oxidados, quando a água do oceano e as rochas ou sedimentos do fundo do oceano não o eram.
Embora o mecanismo exato não seja claro, a ocorrência desses magmas sugere que o processo de subducção, onde a água do oceano é levada centenas de quilómetros para dentro do nosso planeta, gera oxigénio livre. Isso então oxida o manto sobrejacente.
O estudo mostra que a subducção arqueana pode ter sido um fator vital e imprevisto na oxigenação da Terra, os primeiros sopros de oxigénio há 2,7 mil milhões de anos e também o Grande Evento de Oxidação, que marcou um aumento no oxigénio atmosférico em dois por cento há entre 2,45 e 2,32 mil milhões de anos.
Tanto quanto sabemos, a Terra é o único lugar no sistema solar – passado ou presente – com placas tectónicas e subducção ativa. Isso sugere que este estudo poderia explicar parcialmente a falta de oxigénio e, finalmente, a vida nos outros planetas rochosos no futuro também.
ZAP // The Conversation
